Bài giảng Kiến trúc máy tính: Tuần 2 cung cấp cho người học các kiến thức: Giới thiệu về các thông số liên quan và cách tính hiệu suất của một bộ xử lý. Mời các bạn cùng tham khảo.
KIẾN TRÚC MÁY TÍNH Tuần HIỆU SUẤT MÁY TÍNH 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Mục tiêu: Giới thiệu thông số liên quan cách tính hiệu suất xử lý Slide dịch hình lấy từ sách tham khảo: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson, D A., and J L Hennessy, Morgan Kaufman, Revised Fourth Edition, 2011 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Thời gian đáp ứng (Response time): Cũng gọi thời gian thực thi (execution time), tổng thời gian để máy tính hồn thành tác vụ đó, bao gồm thao tác truy cập ổ đĩa, truy cập nhớ, hoạt động I/O, thời gian thực thi hệ điều hành (operating system overhead), v.v Thông năng/Hiệu suất (Throughput/Performance): Cũng gọi bandwidth, số lượng tác vụ hoàn thành đơn vị thời gian: 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Hầu hết tất máy tính cần “đồng hồ” để xác định kiện/thao tác thực phần cứng Khối tạo khoảng thời gian định thời cho máy tính làm việc gọi khối tạo xung đồng hồ hay khối tao xung clock Hai khái niệm liên quan đến xung đồng hồ: • Chu kỳ xung đồng hồ/xung clock (Clock cycle time/clock cycle/cycle time) • Tần số xung đồng hồ/xung clock (Clock rate) 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Chu kỳ xung đồng hồ tần số xung đồng hồ Clock rate Clock cycle time nghịch đảo 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Tính hiệu xuất dựa chu kỳ tần số xung đồng hồ • Dựa chu kỳ xung đồng hồ (Clock cycle/Clock cycle time/cycle time): • Dựa tần số xung đồng hồ (Clock rate): 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất 03/2017 CPI (clock cycle per instruction): Số chu kỳ xung clock cần để thực thi lệnh Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất MIPS (Million instructions per second): Một cách đo tốc độ thực thi chương trình dựa số lượng triệu lệnh giây MIPS tính số lượng lệnh chia cho tích thời gian thực thi giá trị 10 IPS (Instructions per second): Số lệnh giây Nếu đề u cầu tính IPS khơng cần chia cho 10 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất Ví dụ Một chương trình máy tính chạy 10 giây máy tính A có tần số xung clock 2GHz Một nhà thiết kế mong muốn xây dựng máy tính B chạy chương trình giây Nhà thiết kế định tăng tần số xung clock cho máy tính B, việc tăng giá trị ảnh hưởng đến phần thiết kế khác CPU, khiến máy tính B yêu cầu nhiều chu kỳ clock máy tính A 1.2 lần để chạy chương trình Hỏi tần số xung clock nhà thiết kế dùng cho B bao nhiêu? 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất 03/2017 10 Hiệu suất Ví dụ Giả sử có hai cách thực cho kiến trúc tập lệnh máy tính A máy tính B Máy tính A có chu kỳ clock 250ps CPI 2.0 chạy chương trình, máy tính B có chu kỳ clock 500ps CPI 1.2 chạy chương trình Máy tính chạy chương trình nhanh nhanh bao nhiêu? 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 11 Hiệu suất Lưu ý: Thời gian chạy máy A nhỏ máy B máy A chạy nhanh 03/2017 12 Hiệu suất Ví dụ So sánh hiệu suất thực thi đoạn mã chương trình: Một người viết trình biên dịch (compiler) có hai đoạn/chuỗi code cần so sánh hai đoạn với thơng tin sau: Tập lệnh máy tính chia làm ba nhóm lệnh CPI nhóm nhà thiết kế phần cứng máy tính cung cấp: Và hai đoạn code cần so sánh có số lượng lệnh tương ứng với nhóm sau: Hỏi đoạn code tốn nhiều lệnh hơn? Đoạn code thực thi nhanh hơn? CPI đoạn? 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 13 Hiệu suất 03/2017 14 Hiệu suất 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 15 Hiệu suất Tóm lại, yếu tố để định hiệu suất máy tính gồm: Yếu tố Đơn vị đo Thời gian CPU thực thi chương trình (CPU execution time) Giây (Seconds) Số lượng lệnh (Instruction count) Số lượng lệnh thực thi cho chương trình CPI (Clock cycles per instruction) Số lượng chu kỳ clock để thực thi lệnh Thời gian chu kỳ clock (Clock cycle time) Giây 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 16 Hiệu suất Hiệu suất chương trình phụ thuộc vào thuật tốn, ngơn ngữ, trình biên dịch, kiến trúc phần cứng máy tính Bảng bên tóm tắt ảnh hưởng yếu tố lên hiệu suất CPU Yếu tố phần cứng/phần mềm Thuật tốn Tác động vào gì? Như nào? Số lượng lệnh, có Thuật tốn định có lệnh chương trình nguồn theo số lượng lệnh mà CPU phải thực thi Thuật tốn thể CPI ảnh hưởng đến CPI khía cạnh lệnh chạy nhanh hay chậm, ví dụ, thuật tốn có nhiều phép tính số thực dấu chấm động (floating-point), khả có CPI cao Ngơn ngữ lập trình Số lượng lệnh, CPI Ngơn ngữ lập trình chắn ảnh hưởng đến số lượng lệnh, chương trình viết ngơn ngữ lập trình chuyển thành lệnh cho xử lý Ngồi ra, CPI bị ảnh hưởng, ví dụ, ngơn ngữ có tính hỗ trợ mạnh trừu tượng hóa liệu (như Java) có nhiều lời gọi lệnh khơng trực tiếp, sử dụng nhiều lệnh có CPI cao Trình biên dịch Số lượng lệnh, CPI Vì trình biên dịch thực việc chuyển lệnh từ ngôn ngữ cấp cao sang ngôn ngữ máy nên chắn tác động đến số lượng lệnh CPI Vai trị trình biên dịch phức tạp ảnh hưởng đến CPI theo cách phức tạp Kiến trúc tập lệnh 03/2017 Số lượng lệnh, tần số Kiến trúc tập lệnh tác động đến yếu tố hiệu CPU, định lệnh cần để thực chức năng, số lượng xung clock, CPI chu kỳ cho lệnh, tần số clock tổng quan xử lý Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 17 Hiệu suất Tổng kết: Các khái niệm liên quan đến hiệu suất máy tính trình bày: 03/2017 Chu kỳ/Tần số xung clock Thời gian thực thi, hiệu suất CPI MIPS/IPS Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 18 Hiệu suất Lý thuyết: Đọc sách tham khảo • Mục 1.4 • Sách: Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface, Patterson, D A., and J L Hennessy, Morgan Kaufman, Revised Fourth Edition, 2011 Bài tập: file đính kèm 03/2017 Copyrights 2017 CE-UIT All Rights Reserved 19 ... nhiêu? 03 /20 17 Copyrights 20 17 CE-UIT All Rights Reserved Hiệu suất 03 /20 17 10 Hiệu suất Ví dụ Giả sử có hai cách thực cho kiến trúc tập lệnh máy tính A máy tính B Máy tính A có chu kỳ clock 25 0ps... đoạn? 03 /20 17 Copyrights 20 17 CE-UIT All Rights Reserved 13 Hiệu suất 03 /20 17 14 Hiệu suất 03 /20 17 Copyrights 20 17 CE-UIT All Rights Reserved 15 Hiệu suất Tóm lại, yếu tố để định hiệu suất máy tính... clock 25 0ps CPI 2. 0 chạy chương trình, máy tính B có chu kỳ clock 500ps CPI 1 .2 chạy chương trình Máy tính chạy chương trình nhanh nhanh bao nhiêu? 03 /20 17 Copyrights 20 17 CE-UIT All Rights Reserved